三、向太空进发

俄国科学家齐奥尔科夫斯基最早提出采用火箭飞行太空的思想。他在1903年发表的《利用喷气装置探索宇宙空间》论文中，科学地阐明了火箭原理和航天环境，建立了火箭推进的速度公式，畅想了利用火箭发射载人飞船的活动。1919年，美国“火箭之父”戈达德在《一种达到极端高度的方法》一书中，论证了利用火箭探索太空并飞往月球的途径。1923年德国火箭始祖奥伯特在《飞往星际空间的火箭》的小册子中，进一步论述了火箭脱离地球引力飞出地球到行星际空间的科学方法。这些宇航先驱者都认为火箭是通向太空的理想交通工具，因此现代火箭受到许许多多科学家的青睐，并作为一门新兴技术迅速发展起来。

迄今为止，火箭之所以被看作是航天的理想工具，是因为它的动力装置自带燃料和氧化剂，不仅因其自带燃料而能够逐渐加快飞行速度，而且还因其自带氧化剂而能够在没有空气的宇宙空间继续进行燃烧，这样才能使火箭发动机保持不断产生喷气反作用力，推动宇宙飞行器而进入太空飞行。目前投入使用的航天运载火箭都采用化学燃料作为动力来源，这种化学燃料一般分为固体和液体两种。尽管古代中国的火箭早就使用称为火药的固体燃料，这种固体火箭结构简单，制作容易，但一旦燃烧起来，控制它就比较困难，往往形成剧烈的爆炸；而液体火箭利用阀门可以自由调节燃料的流量，便于控制它的燃烧和喷射速度。因此，齐奥尔科夫斯基指出：“液体燃料火箭比固体燃料火箭更适宜于宇宙飞行。”实际上，最初液体火箭的发展确实占有明显的优势。人们发现，目前大多数运载火箭就使用液体燃料，只有一部分多级火箭中的第一级助推器或上面级发动机才使用固体燃料，也有个别小型运载火箭几级都用固体燃料。当然，由于火箭技术及其相关领域的不断完善和进步，固体火箭和液体火箭因各有其明显的特点而在竞相发展。(www.daowen.com)

科学家们在寻求建造作为天梯的火箭的过程中，发现单级火箭无论采用固体或液体燃料的性能多么好，按照现在的先进技术所能达到的最大速度大约为每秒4．5公里至6公里，这就是说，根本达不到把卫星送上地球轨道所需的每秒7．9公里的第一宇宙速度。那么，怎么解决这个难题呢？在现有条件下，还是齐奥尔科夫斯基想出了一个绝妙的办法：建造被称为“火箭列车”的多级火箭。这种多级火箭由两节以上的火箭串联或并联组成。并联一般用于第一级火箭，以加大整个火箭的起飞推力。“火箭列车”从地面开出时，最先第一节火箭点火，达到一定速度后燃料耗尽自动脱落；这时第二节火箭点火，加大速度继续飞行，燃料用完后关机而自行脱离；然后第三节火箭接着点火飞行，直到速度提高到所需数值，把卫星或飞船等有效载荷送入预定轨道。当然，航天运载火箭不是级数越多越好，因为多加一级，不仅制造工艺和级间分离等技术多一层困难，而且所能增加的速度也有一定限制，最多只能比单级火箭的速度大70%。现在一枚三级火箭能达到的速度比单级火箭已超过45%。因此，限于各种因素，目前的多级火箭都选在二级至四级之间，一般用三级的最多，也最为适宜。从最初的单级火箭问世，到后来多级火箭的使用，经历了漫长的半个世纪，人类终于借助齐奥尔科夫斯基设想的“火箭列车”驶进了太空的大门。